馮克巖,李連強(qiáng),陳良田,趙興中

（天津市政工程設(shè)計(jì)研究院濱海分院，天津市 300457）

天津地區(qū)一般橋梁抗震設(shè)計(jì)研究與探討

馮克巖,李連強(qiáng),陳良田,趙興中

（天津市政工程設(shè)計(jì)研究院濱海分院，天津市 300457）

《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T B02-01—2008）、《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 166—2011）、《公路工程抗震規(guī)范》（JTG B02—2013）等新的橋梁抗震規(guī)范相繼頒布，一般橋梁的抗震設(shè)計(jì)與以前又有何不同呢？以天津地區(qū)橋梁抗震計(jì)算分析為例，對(duì)新舊規(guī)范橋梁E1階段抗震設(shè)計(jì)的不同進(jìn)行了總結(jié)，揭示了天津地區(qū)一般橋梁E1階段抗震設(shè)計(jì)的基本規(guī)律。

兩階段設(shè)計(jì)；兩水準(zhǔn)設(shè)防；反應(yīng)譜；延性抗震設(shè)計(jì)；減隔震設(shè)計(jì)

0　引言

我國(guó)在2008年、2011年、2013年相繼頒布了《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》《公路工程抗震規(guī)范》等橋梁抗震規(guī)范，對(duì)橋梁抗震提出了兩水平設(shè)防、兩階段設(shè)計(jì)的新要求，雖然原標(biāo)準(zhǔn)JTJ 004—1989已廢止，但多年的設(shè)計(jì)思路和習(xí)慣卻未見(jiàn)得能及時(shí)轉(zhuǎn)變。筆者曾提出一般橋梁E1階段線彈性抗震設(shè)計(jì)，E2階段延性（彈塑性、非線性）抗震設(shè)計(jì)的思路，并指出橋梁地震水平力較以前成倍提高，但工程量卻有限增加的實(shí)際。本文通過(guò)天津地區(qū)一般橋梁的抗震計(jì)算分析，示例說(shuō)明1989規(guī)范、2008細(xì)則、2011規(guī)范等不同規(guī)范E1階段橋梁地震水平力的不同，以及產(chǎn)生的工程量變化，希望能夠給廣大橋梁設(shè)計(jì)者提供一個(gè)定量的概念，并對(duì)今后的橋梁抗震設(shè)計(jì)工作有所幫助。

1　天津地區(qū)E1階段設(shè)計(jì)反應(yīng)譜值比較

以高速公路或者城市快速路規(guī)則橋梁為例，結(jié)構(gòu)的阻尼比為0.05，地震基本烈度以及地震動(dòng)峰值加速度、場(chǎng)地土類(lèi)型考慮以下四種情況：大港地區(qū)，地震基本烈度為7度（0.1 g）,Ⅳ類(lèi)場(chǎng)地土為主；漢沽和寧河，地震基本烈度為8度（0.2 g）,Ⅳ類(lèi)場(chǎng)地土;除大港、漢沽和寧河以外地區(qū)，地震基本烈度為7度（0.15 g），Ⅲ類(lèi)、Ⅳ類(lèi)場(chǎng)地土為主（市區(qū)及西部等地區(qū)、東麗及塘沽等地區(qū)），如圖1～圖4所示。其中1989規(guī)范橋梁為柱高7～10 m排架墩，重要性系數(shù)1.7，橋梁的基本周期為0.25～2 s。天津地區(qū)E1階段反應(yīng)譜值比較表見(jiàn)表1。

圖1　大港地區(qū)0.1 gⅣ類(lèi)場(chǎng)地土

圖2　漢沽、寧河地區(qū)0.2 gⅣ類(lèi)場(chǎng)地土

經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)可以看出，天津地區(qū)的高速公路、快速路一般橋梁，E1階段地震水平力新規(guī)范與1989規(guī)范相比，大港地區(qū)增加1.2～1.59倍；市區(qū)及西部地區(qū)、東麗與塘沽等地區(qū)增加最多，分別為1.76～2.32倍和1.79～2.03倍（1989規(guī)范7度區(qū)的地震系數(shù)為0.1，而新規(guī)范7度區(qū)分為0.1、0.15兩擋，現(xiàn)在市區(qū)及西部地區(qū)的地震系數(shù)理論上已經(jīng)由過(guò)去的0.1變更為0.15，僅此一項(xiàng)就已經(jīng)增大1.5倍了）；漢沽、寧河地區(qū)增加最少，只有1.07～1.27倍；當(dāng)然如果采用群樁基礎(chǔ)則上述比值會(huì)再增加1.2倍。2011規(guī)范與2008細(xì)則相比則在0.87～1.16，而且場(chǎng)地土類(lèi)型越好，其比值則越大。

圖3　大港、漢沽、寧河以外地區(qū) 0.15 gⅣ類(lèi)場(chǎng)地土

圖4　大港、漢沽、寧河以外地區(qū) 0.15 gⅣ類(lèi)場(chǎng)地土

表1　天津地區(qū)E1階段反應(yīng)譜值比較表（高速公路、快速路一般橋梁，基本周期0.25～2 s）

2　天津地區(qū)E1階段一般橋梁工程量比較

選取天津地區(qū)典型規(guī)則公路橋梁作為研究對(duì)象，通過(guò)不同地震烈度、場(chǎng)地土類(lèi)型下的抗震計(jì)算，比較橋梁E1階段新舊規(guī)范工程量的不同。

2.1示例橋梁的選擇

示例橋梁選擇較為流行的簡(jiǎn)支變連續(xù)預(yù)制小箱梁與現(xiàn)澆連續(xù)箱梁兩種橋型，具體見(jiàn)表2和圖5～圖7。

表2　示例橋型參數(shù)表　m

圖5　3×30預(yù)制小箱梁橋中墩布置圖

圖6　3×30等截面現(xiàn)澆箱梁橋制動(dòng)墩布置圖

圖7　53+73+53變截面現(xiàn)澆箱梁橋制動(dòng)墩橫斷面圖

2.2示例橋梁E1階段地震水平力分析比較

由表3、表4看出，伴隨著新舊規(guī)范的更替，天津任意一個(gè)地區(qū)、同一橋型的橋梁地震水平力都產(chǎn)生了較大幅度的增加。市區(qū)、西部地區(qū)增大約2.0倍；東麗、塘沽地區(qū)增大約3.2倍（該地區(qū)原先是Ⅲ類(lèi)場(chǎng)地土，而現(xiàn)在是Ⅳ類(lèi)場(chǎng)地土），這里第3類(lèi)橋型只增大約2.3倍，其主要原因是墩柱、基礎(chǔ)剛度較大，結(jié)構(gòu)自振周期在0.4 s左右，小于反應(yīng)譜特征周期Ⅲ類(lèi)土的0.65 s和Ⅳ類(lèi)土的0.9 s，使得該類(lèi)橋梁地震水平力對(duì)Ⅲ、Ⅳ類(lèi)場(chǎng)地土的差別影響不是特別敏感；寧河、漢沽地區(qū)增大1.29～1.48倍。這一規(guī)律與前述反應(yīng)譜值的比較基本一致，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

表3　天津市部分橋梁中墩（制動(dòng)墩）E1階段抗震設(shè)計(jì)比較表一（0.15 g）

表4　天津市部分橋梁中墩（制動(dòng)墩）E1階段抗震設(shè)計(jì)比較表二（0.2 g）

表5　天津市部分橋型E1階段地震水平力新舊規(guī)范差異統(tǒng)計(jì)表（2008細(xì)則）

由表5還可以看出，無(wú)論新舊規(guī)范的變化，天津市橋梁的地震水平力均體現(xiàn)出自西向東不斷增大的趨勢(shì)。按照新規(guī)范（2008細(xì)則）計(jì)算，前兩個(gè)橋型從市區(qū)、西部地區(qū)至東麗、塘沽地區(qū)至寧河、漢沽三類(lèi)地區(qū)的地震水平力增加幅度分別為2.0倍、3.25倍、1.39倍，只是第3類(lèi)橋型從市區(qū)、西部地區(qū)到東麗、塘沽地區(qū)的增加幅度只有1.09倍（原因可見(jiàn)上面的分析）。

2.3示例橋梁E1階段工程量分析

2.3.13×30 m簡(jiǎn)支變連續(xù)小箱梁橋

從表6可知，3×30 m簡(jiǎn)支變連續(xù)小箱梁橋（群樁基礎(chǔ)、矩形墩柱），在新規(guī)范的E1階段和舊規(guī)范抗震驗(yàn)算下的墩柱及樁基均為構(gòu)造配筋，只是在設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)上略有差別。在第一類(lèi)地區(qū)，樁長(zhǎng)仍然由過(guò)去的正常使用階段控制，長(zhǎng)度不變；在第二、三類(lèi)地區(qū)，樁長(zhǎng)已由從前的正常使用階段控制變?yōu)榈卣鹆M合控制，中墩樁長(zhǎng)分別增加約4.3%、6.0%，樁基混凝土分別增加約18.1 m3、54.3 m3，折算到每平方米橋梁的增量分別為0.016 m3、0.047 m3。

表6　3×30 m簡(jiǎn)支變連續(xù)小箱梁橋E1階段下部結(jié)構(gòu)（基礎(chǔ)）工程量統(tǒng)計(jì)表一（2008細(xì)則）

2.3.23×30 m等截面現(xiàn)澆連續(xù)箱梁橋

從表7可知，3×30m等截面現(xiàn)澆連續(xù)箱梁橋（群樁基礎(chǔ)、制動(dòng)墩），在新規(guī)范E1階段和舊規(guī)范抗震驗(yàn)算下，除樁基均為構(gòu)造配筋外，樁長(zhǎng)及制動(dòng)墩配筋率均有較大的增加。在第一、二類(lèi)地區(qū)，樁長(zhǎng)已由從前的正常使用階段控制變?yōu)榈卣鹆M合控制，制動(dòng)墩樁長(zhǎng)分別增加約11.4%、27.3%，墩柱單側(cè)配筋率由0.2%（構(gòu)造配筋）分別變?yōu)?.51%、1.03%；在第三類(lèi)地區(qū)，樁長(zhǎng)仍舊由地震力組合控制，但樁長(zhǎng)需要增加約8.8%，墩柱單側(cè)配筋率由1.0%增加到1.5%。對(duì)于第一、二、三類(lèi)地區(qū)，樁基混凝土分別增加53.0 m3、127.2 m3、53.0 m3，折算到每平方米橋梁的增量分別為0.046 m3、0.109 m3、0.046 m3。制動(dòng)墩鋼筋增加分別為1 317.42 kg、3 293.55 kg、1 097.46 kg，折算到每平方米橋梁的增量分別為0.046 kg、0.109 kg、0.046 kg。

2.3.353 m+73 m+53 m變截面現(xiàn)澆連續(xù)箱梁橋

從表8可知，53 m+73 m+53 m變截面現(xiàn)澆連續(xù)箱梁橋，在新規(guī)范E1階段和舊規(guī)范抗震驗(yàn)算下，在第一、二類(lèi)地區(qū)，樁基配筋率仍為構(gòu)造配筋，第三類(lèi)地區(qū)的樁基配筋率由構(gòu)造配筋變?yōu)?.95%配筋率。三類(lèi)地區(qū)的樁長(zhǎng)、制動(dòng)墩配筋率均有較大的增加，樁長(zhǎng)仍舊由地震力組合控制，制動(dòng)墩樁長(zhǎng)分別增加約12.8%、14.9%、13.2%，前兩類(lèi)地區(qū)的墩柱單側(cè)配筋率由0.2%（構(gòu)造配筋）分別變?yōu)?.36%、0.42%，第三類(lèi)地區(qū)的墩柱單側(cè)配筋率由0.36%增加到0.7%。對(duì)于第一、二、三類(lèi)地區(qū)，樁基混凝土分別增加158.96 m3、185.46 m3、185.46 m3，折算到每平方米橋梁的增量分別為0.068 m3、0.080 m3、0.080 m3。制動(dòng)墩鋼筋增加分別為4 600.48kg、5 367.23 kg、6 227.05 kg，折算到每平方米橋梁的增量分別為1.977 kg、2.301 kg、2.676 kg。

表 7 3×30 m等截面現(xiàn)澆連續(xù)箱梁橋E1階段下部結(jié)構(gòu)（基礎(chǔ)）工程量統(tǒng)計(jì)表一（2008細(xì)則）

表8　 53 m+73 m+53 m等截面現(xiàn)澆連續(xù)箱梁橋E1階段下部結(jié)構(gòu)（基礎(chǔ)）工程量統(tǒng)計(jì)表一（2008細(xì)則）

3　結(jié)　語(yǔ)

（1）對(duì)于天津地區(qū)的市政、公路一般橋梁來(lái)講，新的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范E1階段地震水平力較舊規(guī)范有大幅度的增加。市區(qū)、西部地區(qū)大致增大為2.0倍，東麗、塘沽地區(qū)大致增大為3.25倍，寧河、漢沽地區(qū)大致增大為1.39倍。

（2）新的抗震規(guī)范要求下，天津地區(qū)橋梁下部結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)工程量的增量十分有限。這是因?yàn)橐酝旖虻貐^(qū)橋梁的下部結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一般由構(gòu)造配筋控制，且較地震力組合有較大富余量，雖然現(xiàn)在地震水平力大幅增加，但工程量也不過(guò)是接近構(gòu)造要求或是略超過(guò)一些而已。

（3）對(duì)于中等跨徑的橋梁而言，由于場(chǎng)地土類(lèi)型的變化，東麗、塘沽地區(qū)橋梁的工程量增加最為顯著；而大跨徑橋梁下部結(jié)構(gòu)剛度大、自振周期短，因此對(duì)場(chǎng)地土類(lèi)型的變化并不敏感，不同地區(qū)橋梁工程量的增加幅度相對(duì)均勻。

（4）但要注意的是，對(duì)于采用樁接柱形式的簡(jiǎn)支變連續(xù)小箱梁橋來(lái)說(shuō)，在天津東部地區(qū)E1階段的抗震設(shè)計(jì)將會(huì)很困難，樁（柱）配筋率及樁頂位移均較難控制，因此對(duì)于跨河長(zhǎng)橋來(lái)講，水中基礎(chǔ)形式的設(shè)計(jì)和施工方法的選擇將會(huì)是下一步應(yīng)重點(diǎn)研究的課題。

[1]JTG/T B02-01—2008，公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則[S].

[2]CJJ 166—2011，城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]葉愛(ài)君，管仲國(guó).橋梁抗震[M].北京:人民交通出版社,2011.

[5]范立礎(chǔ)，卓衛(wèi)東.橋梁延性抗震設(shè)計(jì)[M].北京:人民交通出版社,2001.

[6]范立礎(chǔ)，王志強(qiáng).橋梁減隔震設(shè)計(jì)[M].北京:人民交通出版社, 2001.

U42.5+5

B

1009-7716（2016）10-0071-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.10.022

2016-07-05

馮克巖（1970-），男，天津人，教授級(jí)高級(jí)工程師，從事橋梁結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)工作。